Литература БФХ / molekuljarnaja biologija kletki v3

11

для диплоида, если затронута лишь одна из двух копии гена, т. е. если организм гетерозиготен по мутации. Как правило, в геномах диплоидных организмов содержится много рецессивных леталей. Нередко гетерозиготные особи обладают несколько пониженной приспособленностью, поэтому распространение таких аллелей затруднено. Однако даже в том случае, когда приспособленность гетерозигот не снижена, на частоту появления в популяции рецессивных леталей накладывает ограничение половое размножение (рис. 15-5). Если обе родительские особи несут рецессивную летальную мутацию в одном и том же гене, их потомок может унаследовать две мутантные копии этого гена и не получить ни одной нормальной; такой гомозиготный организм погибнет, и вместе с ним будут утрачены мутантные копии гена. Чем больше распространен в популяции летальный аллель, тем быстрее он будет элиминироваться. В результате устанавливается равновесие между скоростью элиминации летального аллеля и скоростью его образования за счет новых мутаций. При равновесии рецессивный летальный аллель встречается в популяции достаточно редко (хотя и значительно чаще, чем это было бы у гаплоидного организма): подавляющее большинство особей будут иметь две функциональные копии гена. Сходным образом обстоит дело и с теми рецессивными мутациями, которые просто вредны (ведут к снижению численности потомства), но не летальны. В общем случае при наличии полового размножения и генетической рекомбинации отбор обеспечивает такое положение, при котором у большинства особей в большей части генных локусов остаются две функционально взаимозаменяемые копии гена, т. е. геном сохраняет диплоидность.

Для сравнения рассмотрим популяцию, первоначально состоящую из диплоидных особей, которые размножаются бесполым способом. В отсутствии генетической рекомбинации ничто не препятствует тому, чтобы две копии каждого гена эволюционировали различными путями. Вредные рецессивные мутации будут накапливаться в геноме до тех пор, пока диплоидность не сменится состоянием, при котором общее количество ДНК остается прежним, но сохраняется лишь одна функционирующая копия каждого из первоначальных необходимых генов. Организм становится «функционально гаплоидным». Представление о промежутках времени, необходимых для подобных эволюционных изменений, можно получить, рассматривая эволюцию чукучановых рыб1. Эти рыбы происходят от предков, у которых около 50 млн. лет назад произошла полная дупликация прежде диплоидного генома и они стали, таким образом, тетраплоидами. Подсчитано, что около 50% «лишних» пар генов, кодирующих белки, утратили с тех пор свое функциональное значение.

15.1.5. Диплоидный вид обладает лишней копией каждого гена, способной мутировать и выполнять после этого новую функцию

Большинство мутаций являются вредными, поскольку они нарушают функцию гена, которая уже была оптимизирована в ходе естественного отбора. Однако иногда может произойти мутация, которая модифицирует имеющийся ген таким образом, что он приобретает новую полезную функцию. Как правило, такая мутация делает ген неспособным осуществлять свою первоначальную функцию и, если эта функция была жизненно необходимой, гаплоидный организм гибнет. Однако в ди-

__________________

1)Чукучановые (Catostomidae)-семейство пресноводных рыб отряда карпообразных.- Прим. ред.

Рис. 15-5. Из этой схемы видно, каким образом при половом размножении диплоидные организмы сохраняют диплоидность в ходе эволюции. Для простоты рассматриваются только летальные рецессивные мутации. Аналогичным образом обстоит дело и с вредными рецессивными мутациями.

12

плоидном организме подобного рода мутация в одной из двух копий гена не просто терпима - она приносит пользу. Даже небольших преимуществ, которые получит организм благодаря новому мутантному гену, будет достаточно, чтобы перекрыть ущерб, нанесенный потерей одной из двух исходных копий гена: гетерозиготная особь будет извлекать пользу как из старой, так и из новой функции гена. Гомозиготы, имеющие две копии старого аллеля или две копии нового, окажутся менее приспособленными. В подобных случаях, когда имеется преимущество гетерозигот, мутантный ген быстро распространяется в диплоидной популяции с половым размножением - до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие, при котором и старые, и новые аллели представлены с высокой частотой и доля гетерозиготных особей велика. Это явление называется сбалансированным полиморфизмом. Однако кое-чем приходится расплачиваться: при скрещивании двух гетерозигот значительная часть потомков в соответствии с обычными законами Менделя окажется гомозиготной и поэтому хуже приспособленной. Но такое положение не будет сохраняться вечно - из него есть выход.

15.1.6. Диплоидный вид может быстро обогащать свой геном, приобретая новые гены

Время от времени у всех организмов происходит спонтанное удвоение генов: хромосома, содержащая одну копию гена G, в результате ошибки в репликации ДНК дает начало хромосоме, в которую входят уже две копии этого гена, расположенные одна за другой. Такие дупликации сами по себе не дают никаких преимуществ и встречаются, как правило, у очень немногих особей. Предположим, однако, что дупликация произошла в локусе, содержащем полезный мутантный аллель G*, который с высокой частотой присутствует в популяции в связи с отбором в пользу гетерозигот и сосуществует в геноме с исходным аллелем G (рис. 15-6). Тогда велика вероятность того, что в диплоидной клетке, содержащей хромосому GG (несущую дупликацию), ее гомолог будет содержать аллель G*, так что получится генотип GG/G*. Затем в результате генетической рекомбинации в мейозе (см. ниже) могут образоваться гаметы с генотипом GG*. В этих гаметах исходный ген G и мутантный G*. расположенные один за другим, не будут уже двумя аллелями, конкурирующими за один и тот же локус; теперь это два отдельных гена, каждый из которых занимает собственный локус. Такая комбинация выгодна, и она станет быстро распространяться, пока, наконец, вся популяция не будет состоять из гомозигот GG*/GG* (см. рис. 15-6). Преимущество особей с таким генотипом состоит не только в обладании обоими генами - старым G и новым G*, но и в том, что они могут передавать это преимущество всем своим потомкам.

Таким образом, у диплоидного вида с половым размножением могут возникать новые гены в результате мутаций в добавочных копиях имеющихся генов; эти новые гены могут распространиться в популяции благодаря отбору в пользу гетерозигот, причем не будут потеряны и исходные гены; и наконец, новые гены могут дополнительно включаться в геном в результате процессов дупликации генов и генетической рекомбинации. Такая последовательность событий возможна только у диплоидных видов. Обогащение генома у гаплоидного вида связано с большими трудностями. Если в процессе приобретения нового гена вид должен сохранить и старый ген, то ему придется ждать возникновения нужной мутации у одной из очень немногих особей, у которых уже произошла дупликация соответствующего локуса. А поскольку и мутации, и дупликации в определенном локусе происходят очень редко, гаплоидному виду приходится дожидаться совпадения этих событий

13

Рис. 15-7. Образование нового гена у гаплоидного организма. Такая последовательность событий кажется гораздо более простой, чем та, которая показана на рис. 15-6, но требует для реализации значительно больше времени.

Рис. 15-6. Возникновение нового гена (G*) по схеме «мутация → распространение → дупликация» в процессе полового размножения диплоидного организма.

чрезвычайно долго (рис. 15-7). Детальные расчеты показывают, что обычно (за исключением ситуаций, когда частота дупликаций генов очень велика) диплоидный организм способен расширять свой геном и добавлять к нему новые гены с новыми функциями в сотни или даже тысячи раз быстрее, чем это происходит у гаплоидного организма. Наиболее ярко различие выражено в отношении тех мутаций, которые происходят с низкой частотой, а именно такие редкие мутации необходимы для обновления генома.

Итак, половое размножение идет «рука об руку» с диплоидностью, которая в свою очередь обеспечивает особо благоприятные условия для создания более крупного, более сложного и более гибкого генома. Конечно, эволюция может протекать по-разному, и указанный нами путь дупликаций и дивергенции генов, безусловно, далеко не единственный. Тем не менее, половое размножение, по-видимому, оказало огромное влияние на истоки и способы распространения в популяции генетических изменений, сделав возможным появление столь сложных организмов, как мы сами.

Теперь можно перейти к детальному описанию клеточных механиз-

14

мов полового процесса. В последующих разделах сначала будет рассмотрен мейоз, в ходе которого осуществляется генетическая рекомбинация и из диплоидных клеток образуются гаплоидные гаметы; затем мы обратимся к самим гаметам и, наконец, познакомимся с процессом оплодотворения, при котором гаметы сливаются, образуя новый диплоидный организм.

Заключение

При половом размножении происходит циклическое чередование диплоидного и гаплоидного состояний: диплоидная клетка делится путем мейоза, порождая гаплоидные клетки, а гаплоидные клетки попарно сливаются при оплодотворении и образуют новые диплоидные клетки. Во время этого процесса происходит перемешивание и рекомбинация геномов, в результате чего появляются особи с новыми наборами генов. Высшие растения и животные большую часть жизненного цикла проводят в диплоидной фазе, а гаплоидная фаза у них очень короткая. Вероятно, процесс эволюции благоприятствовал половому размножению, так как случайная генетическая рекомбинация увеличивала шансы организмов на то, что хотя бы некоторые из их потомков выживут в непредсказуемо изменчивом мире. Половой процесс необходим также для поддержания диплоидности; он способствует созданию условий для быстрой выработки новых генов у высших растений и животных.

15.2. Мейоз

Понимание того факта, что половые клетки гаплоидны и поэтому должны формироваться с помощью особого механизма клеточного деления, пришло в результате наблюдений, которые к тому же едва ли не впервые навели на мысль, что хромосомы содержат генетическую информацию. В 1883 г. было обнаружено, что ядра яйца и спермия определенного вида червей содержат лишь по две хромосомы, в то время как в оплодотворенном яйце их уже четыре. Хромосомная теория наследственности могла, таким образом, объяснить давний парадокс, состоящий в том, что роль отца и матери в определении признаков потомства часто кажется одинаковой, несмотря на огромную разницу в размерах яйцеклетки и сперматозоида.

Еще один важный смысл упомянутого открытия состоял в том, что половые клетки должны формироваться в результате ядерного деления особого типа, при котором весь набор хромосом делится точно пополам. Деление такого типа носит название мейоз (слово греческого происхождения, означающее «уменьшение». Название другого вида деления клеток-митоз-происходит от греческого слова mitos, означающего «нить»; в основе такого выбора названия лежит нитеподобный вид хромосом при их конденсации во время деления ядра - данный процесс имеет место как при обычном, так и при мейотическом делении.) Поведение хромосом во время мейоза, когда происходит редукция их числа, оказалось более сложным, чем предполагали раньше. Поэтому важнейшие особенности мейотического деления удалось установить только к началу 30-х годов в итоге огромного числа тщательных исследований, объединивших цитологию и генетику.

15

15.2.1. При мейозе происходит не одно, а два деления ядра

Диплоидные ядра содержат по две копии каждой хромосомы (это не относится лишь к половым хромосомам), одна из которых происходит от мужского родителя, а другая - от женского. Эти две копии называются гомологами, и в большинстве клеток они ведут себя как совершенно независимые хромосомы. Когда благодаря репликации ДНК каждая хромосома удваивается, две ее копии остаются сначала соединенными вместе (их называют сестринскими хроматидами). При обычном клеточном делении (описанном в гл. 13) сестринские хроматиды выстраиваются в экваториальной плоскости веретена таким образом, что их кинетохорные волокна направлены к противоположным полюсам. В результате сестринские хроматиды в анафазе отделяются друг от друга (теперь они называются хромосомами), и каждая дочерняя клетка наследует по одной копии каждого гомолога (см. разд. 13.5). Между тем гаплоидные гаметы, образовавшиеся при делении диплоидной клетки путем мейоза, содержат по одной хромосоме каждой гомологичной пары (отцовского или материнского происхождения), т. е. только половину исходного числа хромосом. В связи с этим к аппарату клеточного деления здесь предъявляется дополнительное требование: гомологи должны иметь возможность «узнавать» друг друга и соединяться в пары, перед тем как они выстроятся на экваторе веретена. Такое спаривание, или конъюгация, гомологичных хромосом материнского и отцовского происхождения происходит только в мейозе (рис. 15-8); подробности этого процесса будут рассмотрены позже.

При наличии механизма конъюгации отцовских и материнских гомологичных хромосом и их последующего расхождения мейоз мог бы в принципе осуществляться путем видоизменения одного митотического цикла, если бы в нем выпала фаза удвоения хромосом (S) и гомологи спаривались перед фазой М. Тогда в результате следующего клеточного деления могли бы непосредственно образоваться две гаплоидные клетки. Однако на самом деле процесс мейоза более сложен. Перед конъюгацией каждый из гомологов подвергается удвоению, образуя пару тесно связанных сестринских хроматид аналогично тому, как это происходит при обычном клеточном делении. Специфические особенности мейоза проявляются лишь после завершения репликации ДНК. Вместо того чтобы отделиться друг от друга, сестринские хроматиды ведут себя как единое целое (как будто дупликация хромосом не произошла): каждый дуплицированный гомолог конъюгирует с партнером, образуя структуру, состоящую из четырех хроматид и называемую бивалентом. Бивалент располагается на экваторе веретена, и в анафазе дуплицированные гомологи (каждый из которых состоит из двух сестринских хроматид) отделяются друг от друга и расходятся к противоположным полюсам причем в каждом из них две сестринские хроматиды остаются соединенными. Таким образом, при первом делении мейоза каждая дочерняя клетка наследует две копии одного из двух гомологов и поэтому содержит диплоидное количество ДНК. Однако она отличается от обычных диплоидных клеток в двух отношениях: 1) обе копии ДНК каждой хромосомы происходят лишь от одной из двух гомологичных хромосом, имевшихся в исходной клетке (хотя, как мы увидим, в результате генетической рекомбинации происходит некоторое перемешивание материнских и отцовских ДНК), и 2) эти две копии клетка получает в виде тесно связанных сестринских хроматид, составляющих единую хромосому (рис. 15-8).

Теперь образование гаплоидных ядер гамет может очень просто происходить в результате второго деления мейоза, при котором хромосомы выстраиваются на экваторе нового веретена и без дальнейшей

16

Рис. 15-8. Сравнение мейоза с обычным митозом (схема). Для простоты показана только одна пара гомологичных хромосом. Спаривание гомологичных хромосом происходит только в мейозе; поскольку перед спариванием каждая хромосома удваивается и состоит из двух сестринских хроматид, для образования гаплоидных гамет необходимы два клеточных деления. Поэтому из любой диплоидной клетки, вступающей в мейоз, образуются четыре гаплоидные клетки. В мейозе при конъюгации гомологичных хромосом между ними осуществляется кроссинговер; объяснение сути этого явления дается позже.

репликации ДНК сестринские хроматиды отделяются друг от друга, как при обычном митозе, образуя клетки с гаплоидным набором ДНК. Таким образом, мейоз состоит из двух клеточных делений, следующих за единственной фазой удвоения хромосом, так что из каждой клетки, вступающей в мейоз, получаются в итоге четыре гаплоидные клетки (рис. 15-8). Иногда процесс мейоза протекает аномально, и гомологи не могут отделиться друг от друга - это явление называется нерасхождением хромосом. Некоторые из образующихся в этом случае гаплоидных клеток получают недостаточное количество хромосом, в то время как другие приобретают их лишние копии. Из подобных гамет формируются неполноценные эмбрионы, большая часть которых погибает.

17

Рис. 15-10. Схематическое изображение спаренных гомологичных хромосом при переходе к I метафазе мейоза. В предшествующей профазе произошел один кроссинговер, и в результате образовалась одна хиазма. Обратите внимание, что четыре хроматиды сгруппированы в две пары сестринских нитей, причем в каждой паре они тесно сближены не только в области центромеры, но и по всей длине. Поэтому всю такую группу хроматид часто называют

бивалентом.

Рис. 15-9. Схема, иллюстрирующая два основных механизма перераспределения генетического материала во время мейоза. А. У организма с п хромосомами в результате независимого расхождения гомологичных хромосом в первом делении мейоза может получиться 2" различных гаплоидных гамет. В данном случае п = 3 и может быть 8 различных типов гамет. Б. В I профазе мейоза происходит кроссинговер-гомологичные хромосомы обмениваются участками, что ведет к перераспределению генов. В последовательностях ДНК двух гомологов всегда имеется большое число незначительных различий, поэтому оба механизма увеличивают наследственную изменчивость организмов, размножающихся половым путем.

15.2.2 Пересортировка генов усиливается благодаря кроссинговеру между гомологичными несестринскими хроматидами

Как мы уже видели, гены могут перемешиваться благодаря слиянию гамет двух различных особей. Однако генетические изменения осуществляются не только этим путем. Никакие два потомка одних и тех же родителей (если только это не идентичные близнецы) не будут абсолютно одинаковыми. Дело в том, что задолго до слияния двух гамет, во время мейоза, осуществляются два различных вида пересортировки генов.

Один вид пересортировки - это результат случайного распределения разных материнских и отцовских гомологов между дочерними клетками при 1-м делении мейоза; каждая гамета получает свою, отличную от других выборку материнских и отцовских хромосом (рис. 15-9 А). Из одного только этого факта следует, что клетки любой особи могут в принципе образовать 2" генетически различающихся гамет, где n-гаплоидное число хромосом. Например, у человека каждый индивидуум способен образовать по меньшей мере 223 = 8,4-106 генетически различных гамет. Однако на самом деле число возможных гамет неизмеримо больше из-за кроссинговера (перекреста) - процесса, происходящего во время длительной профазы 1-го деления мейоза, когда гомологичные хромосомы обмениваются участками. У человека в каждой паре гомологичных хромосом кроссинговер происходит в среднем в двух-трех точках. Как показано на рис. 15-9 Б, такой процесс «перетасовывает» гены любой хромосомы в гаметах.

При кроссинговере происходит разрыв двойной спирали ДНК в одной материнской и одной отцовской хроматиде, а затем получившиеся отрезки воссоединяются «наперекрест» (процесс генетической рекомбинации). То, что известно о деталях молекулярного механизма этого процесса, в общих чертах представлено в гл. 5. Рекомбинация происходит в профазе 1-го деления мейоза, когда две сестринские хроматиды так тесно сближены друг с другом, что их невозможно увидеть в отдельности (см. ниже). Гораздо позже в этой растянутой профазе становятся ясноразличимы две отдельные хроматиды каждой хромосомы. В это время видно, что они связаны своими центромерами и тесно сближены друг с другом по всей длине. Два гомолога остаются связанными в тех точках, где произошел кроссинговер между отцовской

18

Рис. 15-11. Световая микрофотография бивалентов с множественными хиазмами на стадии диплотены. Изображенные здесь крупные хромосомы прямокрылого особенно удобный объект для цитологических исследований. (С любезного разрешения Bernard John.)

Рис. 15-12. Представлены три хиазмы - результат трех отдельных перекрестов. Каждая из двух хроматид одной хромосомы может перекрещиваться с любой хроматидой другой хромосомы бивалента. Например, в данном случае хроматида 3 обменялась участками одновременно с двумя хроматидами - 1 и 2.

и материнской хроматидами. Видно, что в каждой такой точке, которую называют хиазмой, две из четырех хроматид перекрещиваются (рис. 1510). Таким образом, хиазмы - это морфологический результат произошедшего кроссинговера, который сам по себе недоступен для наблюдения.

На этой стадии мейоза гомологи в каждой паре (или биваленте) остаются связанными друг с другом по меньшей мере одной хиазмой. Во многих бивалентах бывает большее число хиазм, так как возможны множественные перекресты между гомологами (рис. 15-11 и 15-12).

15.2.3. В конъюгации хромосом участвует синаптонемальный комплекс

В профазе 1-го деления мейоза во время конъюгации (синопсиса) и разделения хромосом в них происходят сложнейшие морфологические изменения. В соответствии с этими изменениями профаза делится на пять последовательных стадий - лептотену, зиготену, пахитену, диплотену и диакинез (рис. 15-13). Самое поразительное явление - это инициация тесного сближения хромосом в зиготене, когда между парами сестринских хроматид в каждом биваленте начинает формироваться специализированная структура, называемая синаптонемальным комплексом. Момент полной конъюгации хромосом считают началом пахитены, которая обычно продолжается несколько дней; после разделения хромосом наступает стадия диплотены, когда впервые становятся видны хиазмы.

Для генетической рекомбинации необходимо тесное сближение рекомбинирующих хромосом. Синаптонемальный комплекс, который формируется перед самой пахитеной и распадается сразу после нее, удерживает гомологичные хромосомы рядом, скрепляя их по всей длине; полагают, что он необходим для осуществления кроссинговера. Синаптонемальный комплекс представляет собой длинное белковое образование, напоминающее веревочную лестницу, к противоположным сторонам которого плотно прилегают два гомолога (бивалент, рис. 15-14). Сестринские хроматиды каждого гомолога остаются тесно сближенными, а их ДНК образует многочисленные петли по ту же сторону от белковой «лестницы». Таким образом, хотя гомологичные хромосомы в синаптонемальном комплексе сближены по всей длине, материнские и отцовские хроматиды, которые впоследствии будут обмениваться участками, остаются по разные стороны от «лестницы», причем разделяющее их расстояние превышает

100 нм.

Как показывают цитологические исследования, конъюгации хромосом предшествует формирование белковой нити вдоль каждого из гомологов. По мере осуществления конъюгации эти нити, по-видимому, сближаются, превращаясь в боковые элементы синаптонемального комплекса и образуя две стороны белковой «лестницы». И первоначальные нити, и эти боковые элементы содержат белок, который очень хорошо окрашивается серебром, что позволяет видеть эти структуры как с помощью светового микроскопа, так и на электронных микрофотографиях (рис. 15-15).

Мы не знаем, что заставляет гомологичные участки хромосом точно ориентироваться друг против друга на стадии зиготены. Вряд ли для этого необходимо спаривание комплементарных оснований по всей длине взаимодействующих хромосом, поскольку хроматин одного из гомологов в синаптонемальном комплексе расположен достаточно далеко от хроматина другого гомолога, а в отдельных случаях синаптонемальный комплекс может объединять участки двух негомологичных хромосом. Одно из возможных объяснений состоит в том, что конъюга-

19

Рис. 15-13. Последовательность событий при синапсисе и разъединении хромосом в I профазе мейоза. Полностью сформированный синаптонемальный комплекс существует на протяжении всей стадии пахитены.

ция хромосом начинается с взаимодействия комплементарных пар оснований ДНК в небольших специфических участках каждой хромосомы. Затем синаптонемальный комплекс соединяет оставшиеся области ориентированных друг против друга хромосом. Какой-то механизм такого рода локального соответствия необходим для объяснения того факта, что наличие в одной из двух гомологичных хромосом инвертированного участка обычно (хотя и не всегда) приводит к местному нарушению нормального синапсиса во время зиготены, так что гомологичные гены могут конъюгировать даже в области инверсии (рис. 15-16 и 15-17). Отдельные стадии мейоза показаны на рис. 15-18, где дается и подробное описание соответствующих процессов.

15.2.4. Как полагают, обмены между хроматидами происходят при участии рекомбинационных узелков

Синаптонемальный комплекс обеспечивает структурную основу, необходимую для рекомбинационных событий, но сам он, вероятно, непосредственно в них не участвует. Как полагают, важную роль в этих событиях играют рекомбинационные узелки, которые представляют собой очень крупные белковые комплексы с диаметром около 90 нм (для сравнения заметим, что крупная молекула глобулярного белка массой 400000 дальтон имеет диаметр порядка 10 нм). Рекомбинационные узелки «сидят» на некоторых расстояниях друг от друга на «лестнице» синаптонемального комплекса, между двумя гомологичными хроматидами (см. рис. 15-14). Предполагается, что это место расположения крупных мультиферментных «рекомбинационных аппаратов», которые подтягивают друг к другу локальные участки ДНК материнской и отцовской хроматид через область синаптонемального комплекса шириной 100 нм.

О такой функции рекомбинационных узелков говорят некоторые косвенные данные:

1.Общее число узелков примерно равно общему числу хиазм, наблюдаемых позже в профазе.

2.Узелки распределены вдоль синаптонемального комплекса таким же образом, как и перекресты; например, подобно перекрестам, узелки отсутствуют в тех областях, где синаптонемальный комплекс соединяет отрезки гетерохроматина. Кроме того, генетические и цитологические исследования показывают, что произошедший кроссинговер препятствует осуществлению другого кроссинговера в близлежащем участке хромосомы. Точно так же и узелки, как правило, не располагаются очень близко друг к другу.

Рис. 15-14. Схематическое изображение типичного синаптонемального комплекса. Здесь представлен лишь небольшой участок этого длинного, похожего на лестницу образования. Показаны боковые и осевой (центральный) элементы комплекса, а также рекомбинационный узелок. Сходные синаптонемальные комплексы обнаруживаются у самых различных организмов - от дрожжей до человека. Однако об образующих эти комплексы белковых молекулах почти ничего не известно.

20

Рис. 15-15. Электронные микрофотографии полных наборов хромосом в окрашенных серебром давленых препаратах сперматоцитов мыши на (А) ранней (зиготена), (Б) средней (пахитена) и (В) поздней (диплотена) стадиях профазы первого деления мейоза. (Фото любезно предоставлены Montrose J. Moses.)

А. Спаривание (зиготена). Перед конъюгацией хромосом белковые нити отделены друг от друга; затем они сближаются и, когда в одном или нескольких местах инициации синапсиса между хромосомами установится надлежащее расстояние, начинает формироваться синаптонемальный комплекс (часто с конца хромосомы). На примере половых хромосом (X и Y) видно, что для спаривания нередко приходится преодолевать огромные расстояния внутри ядра, однако механизм этого движения неизвестен. Темные тельца-ядрышки.

Б. Завершение спаривания (пахитена). Синапсис завершается, когда синаптонемальные комплексы связывают попарно все гомологичные аутосомы. Х- и Y-хромосомы конъюгируют не полностью. Происходит кроссинговер между хроматидами, которые на таких фотографиях неразличимы.

В. Расхождение хромосом (диплотена). Перед разрушением белковых нитей последние отделяются друг от друга, что означает окончание синапсиса. На препарате они еще кое-где связаны сохранившимися отрезками синаптонемального комплекса; как полагают, это те места, в которых произошел кроссинговер. Позже, когда хроматин конденсируется и становятся различимыми хроматиды, на места кроссинговера указывают хиазмы